האינטראקציה והמבנה של IRNA, tRNA, RRNA - שלוש חומצות הגרעין העיקריות, נחשבות על ידי מדע כמו ציטולוגיה. זה יעזור לגלות מה תפקידה של חומצה ריבונוקלאית (tRNA) בתאים. המולקולה הקטנה מאוד, אך בה בעת החשובה ללא ספק, לוקחת חלק בתהליך של שילוב החלבונים המרכיבים את הגוף.
מהו המבנה של tRNA? מעניין מאוד לשקול את החומר הזה "מבפנים", כדי לגלות את הביוכימיה והתפקיד הביולוגי שלו. וכמו כן, כיצד המבנה של tRNA ותפקידו בסינתזת חלבונים קשורים זה לזה?
מהו tRNA, איך זה עובד?
חומצה ריבונוקלאית הובלה מעורבת בבניית חלבונים חדשים. כמעט 10% מכל חומצות הריבונוקלאיות הן תחבורה. כדי להבהיר מאילו יסודות כימיים נוצרת מולקולה, נתאר את מבנה המבנה המשני של tRNA. מבנה משני מחשיב את כל הקשרים הכימיים העיקריים בין יסודות.
זוהי מקרומולקולה המורכבת משרשרת פולינוקלאוטידים. בסיסים חנקניים בו מחוברים בקשרי מימן. כמו ב-DNA, ל-RNA יש 4 בסיסים חנקניים: אדנין,ציטוזין, גואנין ואורציל. בתרכובות אלו, אדנין קשור תמיד לאורציל, וגואנין, כרגיל, עם ציטוזין.
למה לנוקלאוטיד יש את הקידומת ריבו-? פשוט, כל הפולימרים הליניאריים שיש להם ריבוז במקום פנטוז בבסיס הנוקלאוטיד נקראים ריבונוקליים. ו-transfer RNA הוא אחד מ-3 סוגים של פולימר ריבו-גרעיני כזה.
מבנה של tRNA: ביוכימיה
בואו נסתכל לתוך השכבות העמוקות ביותר של המבנה המולקולרי. לנוקלאוטידים אלה 3 מרכיבים:
- סוכרוז, ריבוז מעורב בכל סוגי ה-RNA.
- חומצה זרחתית.
- בסיסים חנקן. אלה הם פורינים ופירימידינים.
בסיסים חנקניים מחוברים ביניהם בקשרים חזקים. נהוג לחלק בסיסים לפורין ופירימידין.
פורינים הם אדנין וגואנין. אדנין מתאים לנוקלאוטיד אדניל של 2 טבעות מחוברות זו לזו. וגואנין מתאים לאותו נוקלאוטיד גואנין "חד-טבעתי".
פירמידינים הם ציטוזין ואורציל. לפירימידינים יש מבנה טבעת יחיד. אין תימין ב-RNA, מכיוון שהוא מוחלף באלמנט כמו אורציל. חשוב להבין זאת לפני שמסתכלים על תכונות מבניות אחרות של tRNA.
סוגי RNA
כפי שאתה יכול לראות, לא ניתן לתאר בקצרה את המבנה של TRNA. אתה צריך להתעמק בביוכימיה כדי להבין את מטרת המולקולה והמבנה האמיתי שלה. אילו נוקלאוטידים ריבוזומליים נוספים ידועים? יש גם חומצות גרעין מטריצות או מידע וריבוזומליות. קיצור של RNA ו-RNA. כל 3מולקולות עובדות בשיתוף פעולה הדוק אחת עם השנייה בתא כך שהגוף מקבל כדוריות חלבון בעלות מבנה נכון.
אי אפשר לדמיין את העבודה של פולימר אחד ללא עזרתם של 2 אחרים. מאפיינים מבניים של tRNA נעשים מובנים יותר כאשר מסתכלים עליהם בשילוב עם פונקציות הקשורות ישירות לעבודת הריבוזומים.
המבנה של IRNA, tRNA, RRNA דומה במובנים רבים. לכולם יש בסיס ריבוז. עם זאת, המבנה והתפקודים שלהם שונים.
גילוי של חומצות גרעין
יוהן מישר השוויצרי מצא מקרומולקולות בגרעין התא בשנת 1868, שנקראו מאוחר יותר גרעינים. השם "גרעינים" בא מהמילה (גרעין) - הגרעין. למרות שקצת מאוחר יותר נמצא כי ביצורים חד-תאיים שאין להם גרעין, קיימים גם חומרים אלו. באמצע המאה ה-20 התקבל פרס נובל על גילוי הסינתזה של חומצות גרעין.
TRNA מתפקד בסינתזת חלבון
השם עצמו - העברה RNA מדבר על תפקידה העיקרי של המולקולה. חומצת גרעין זו "מביאה" איתה את חומצת האמינו החיונית הנדרשת על ידי ה-RNA הריבוזומלי לייצור חלבון מסוים.
למולקולת ה-tRNA יש מעט פונקציות. הראשון הוא זיהוי הקודון IRNA, התפקיד השני הוא אספקת אבני בניין - חומצות אמינו לסינתזת חלבון. כמה מומחים נוספים מבחינים בפונקציית המקבל. כלומר הוספת חומצות אמינו לפי העיקרון הקוולנטי. אנזים כגון aminocil-tRNA synthatase עוזר "לחבר" חומצת אמינו זו.
איך המבנה של tRNA קשור לזהפונקציות? החומצה הריבונוקלאית המיוחדת הזו מסודרת כך שבצד אחד שלה יש בסיסים חנקניים, המחוברים תמיד בזוגות. אלו הם היסודות המוכרים לנו - A, U, C, G. בדיוק 3 "אותיות" או בסיסים חנקן מרכיבים את האנטיקודון - קבוצת היסודות ההפוכה שמקיימת אינטראקציה עם הקודון לפי עקרון ההשלמה.
תכונה מבנית חשובה זו של tRNA מבטיחה שלא יהיו שגיאות בעת פענוח חומצת הגרעין של התבנית. הרי תלוי ברצף המדויק של חומצות האמינו האם החלבון שהגוף צריך בזמן הנוכחי מסונתז בצורה נכונה.
תכונות בנייה
מהן התכונות המבניות של tRNA והתפקיד הביולוגי שלו? זהו מבנה עתיק מאוד. גודלו הוא איפשהו בסביבות 73 - 93 נוקלאוטידים. המשקל המולקולרי של חומר הוא 25,000–30,000.
ניתן לפרק את מבנה המבנה המשני של tRNA על ידי לימוד 5 היסודות העיקריים של המולקולה. אז, חומצת גרעין זו מורכבת מהיסודות הבאים:
- לולאת מגע אנזים;
- לולאה למגע עם הריבוזום;
- לולאת אנטיקודון;
- גזע מקבל;
- האנטיקודון עצמו.
והקצו גם לולאה משתנה קטנה במבנה המשני. כתף אחת בכל סוגי ה-tRNA זהה - גזע של שני שיירי ציטוזין ואדנוזין אחד. במקום הזה נוצר הקשר עם 1 מתוך 20 חומצות האמינו הזמינות. לכל חומצת אמינו יש אנזים נפרד - aminoacyl-tRNA משלה.
כל המידע שמצפין את המבנה של כולםחומצות גרעין נמצאות ב-DNA עצמו. המבנה של tRNA בכל היצורים החיים על הפלנטה כמעט זהה. זה ייראה כמו עלה כשהוא צופה בדו-ממד.
עם זאת, אם מסתכלים בנפח, המולקולה דומה למבנה גיאומטרי בצורת L. זה נחשב למבנה השלישוני של tRNA. אבל לנוחות הלימוד נהוג "לפתור" חזותית. המבנה השלישוני נוצר כתוצאה מאינטראקציה של אלמנטים של המבנה המשני, אותם חלקים המשלימים זה את זה.
זרועות ה-tRNA או הטבעות ממלאות תפקיד חשוב. זרוע אחת, למשל, נדרשת לקשר כימי עם אנזים מסוים.
תכונה אופיינית של נוקלאוטיד היא נוכחותם של מספר עצום של נוקלאוזידים. ישנם יותר מ-60 סוגים של נוקלאוזידים מינוריים אלה.
מבנה של tRNA וקידוד של חומצות אמינו
אנו יודעים שהאנטיקודון tRNA הוא באורך של 3 מולקולות. כל אנטיקודון מתאים לחומצת אמינו ספציפית, "אישית". חומצת אמינו זו מחוברת למולקולת ה-tRNA באמצעות אנזים מיוחד. ברגע ש-2 חומצות האמינו מתחברות, הקשרים ל-tRNA מתפרקים. יש צורך בכל התרכובות הכימיות והאנזימים עד לזמן הנדרש. כך המבנה והתפקודים של tRNA קשורים זה בזה.
יש 61 סוגים של מולקולות כאלה בתא. יכולות להיות 64 וריאציות מתמטיות. עם זאת, חסרים 3 סוגים של tRNA בגלל העובדה שבדיוק למספר הזה של קודוני עצירה ב-IRNA אין אנטיקודונים.
אינטראקציה של IRNA ו-TRNA
בואו נשקול את האינטראקציה של חומר עם MRNA ו-RRNA, כמו גם תכונות מבניות של TRNA. מבנה ומטרהמקרומולקולות מחוברות זו לזו.
המבנה של IRNA מעתיק מידע מקטע נפרד של DNA. ה-DNA עצמו הוא חיבור גדול מדי של מולקולות, והוא אף פעם לא עוזב את הגרעין. לכן, יש צורך ב-RNA מתווך - מידע.
בהתבסס על רצף המולקולות המועתקות על ידי ה-RNA, הריבוזום בונה חלבון. הריבוזום הוא מבנה פולינוקלאוטיד נפרד, שצריך להסביר את מבנהו.
אינטראקציית tRNA ריבוזומלית
RNA ריבוזומלי הוא אברון ענק. המשקל המולקולרי שלו הוא 1,000,000 - 1,500,000. כמעט 80% מהכמות הכוללת של RNA הם נוקלאוטידים ריבוזומים.
זה סוג של לוכד את שרשרת ה-IRNA ומחכה לאנטיקודונים שיביאו איתם מולקולות tRNA. RNA ריבוזומלי מורכב מ-2 יחידות משנה: קטנות וגדולות.
הריבוזום נקרא "החרושת", מכיוון שבאברון זה מתרחשת כל הסינתזה של חומרים הנחוצים לחיי היומיום. זהו גם מבנה תאים עתיק מאוד.
איך מתרחשת סינתזת חלבון בריבוזום?
מבנה ה-tRNA ותפקידו בסינתזת חלבונים קשורים זה בזה. האנטיקודון הממוקם באחד מצידי החומצה הריבונוקלאית מתאים בצורתו לתפקיד העיקרי - משלוח חומצות אמינו לריבוזום, שם מתרחש היישור הדרגתי של החלבון. בעיקרו של דבר, ה-TRNA פועל כמתווך. המשימה שלו היא רק להביא את חומצת האמינו הדרושה.
כאשר מידע נקרא מחלק אחד של ה-IRNA, הריבוזום נע הלאה לאורך השרשרת. המטריצה נחוצה רק לשידורמידע מקודד על התצורה והתפקוד של חלבון בודד. לאחר מכן, tRNA אחר מתקרב לריבוזום עם הבסיסים החנקניים שלו. זה גם מפענח את החלק הבא של ה-RNC.
פענוח מתרחש באופן הבא. בסיסים חנקניים מתחברים לפי עקרון ההשלמה באותו אופן כמו ב-DNA עצמו. בהתאם לכך, TRNA רואה היכן הוא צריך "לעגן" ולאיזה "האנגר" לשלוח את חומצת האמינו.
ואז בריבוזום, חומצות האמינו שנבחרו בצורה זו נקשרות כימית, צעד אחר צעד נוצרת מקרומולקולה ליניארית חדשה, שלאחר סיום הסינתזה מתפתלת לכדור (כדור). tRNAs ו- IRNAs משומשים, לאחר שמילאו את תפקידם, מוסרים מ"מפעל החלבון".
כאשר החלק הראשון של הקודון מתחבר לאנטיקודון, מסגרת הקריאה נקבעת. לאחר מכן, אם מסיבה כלשהי מתרחש שינוי מסגרת, אז סימן כלשהו של החלבון יידחה. הריבוזום אינו יכול להתערב בתהליך זה ולפתור את הבעיה. רק לאחר השלמת התהליך, 2 יחידות המשנה של rRNA משולבות שוב. בממוצע, על כל 104חומצות אמינו, יש שגיאה אחת. על כל 25 חלבונים שכבר הורכבו, בטוח שתתרחש שגיאת שכפול אחת לפחות.
TRNA כמולקולות שריד
מכיוון ש-tRNA אולי היה קיים בזמן מוצאם של החיים על פני כדור הארץ, הוא נקרא מולקולת שריד. מאמינים ש-RNA הוא המבנה הראשון שהיה קיים לפני ה-DNA ולאחר מכן התפתח. השערת ה-RNA העולמית - נוסחה ב-1986 על ידי חתן הפרס וולטר גילברט. עם זאת, להוכיחזה עדיין קשה. התיאוריה מוגנת על ידי עובדות ברורות - מולקולות tRNA מסוגלות לאחסן בלוקים של מידע ואיכשהו ליישם את המידע הזה, כלומר לעשות עבודה.
אבל מתנגדי התיאוריה טוענים שתוחלת חיים קצרה של חומר אינה יכולה להבטיח ש-tRNA הוא נשא טוב של מידע ביולוגי כלשהו. נוקלאוטידים אלה מתכלים במהירות. משך החיים של tRNA בתאים אנושיים נע בין מספר דקות למספר שעות. מינים מסוימים יכולים להימשך עד יום. ואם מדברים על אותם נוקלאוטידים בחיידקים, אז המונחים קצרים בהרבה - עד כמה שעות. בנוסף, המבנה והתפקודים של tRNA מורכבים מכדי שמולקולה תהפוך ליסוד העיקרי של הביוספרה של כדור הארץ.
